JPS6057956A - 半導体用ヒ−トパイプ放熱器 - Google Patents
半導体用ヒ−トパイプ放熱器Info
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- JPS6057956A JPS6057956A JP58166253A JP16625383A JPS6057956A JP S6057956 A JPS6057956 A JP S6057956A JP 58166253 A JP58166253 A JP 58166253A JP 16625383 A JP16625383 A JP 16625383A JP S6057956 A JPS6057956 A JP S6057956A
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体用ヒートパイプ放熱器に関づるもので、
特に放熱特性を向上１！シめた一ｂのである。
特に放熱特性を向上１！シめた一ｂのである。
近年半導体、例えば電力変換用サイリスタやダイオード
等の冷却に、ヒートバイブの熱輸送機能と熱流速変換能
を利用した放熱器が用いられるようになった。この放熱
器は従来の押出月等を用いた放熱器と比較し、はるかに
優れた放熱器Ｍをイｊし、放熱器の小型軽量化を可能に
したもので、第１図（イ）、（ロ）に示すように半導体
（ａ ）を装着するブロック（１）に並列状に一列に配
量した複数本のピー１〜パイプ（２）の吸熱部（３）を
挿着し、該ブロック（１）より一列に突出りるじ一ドパ
イブ（２）の放熱部（４）にヒートバイブ（２）と直交
する多数の放熱フィン（５）を取付けた構造となってい
る。
等の冷却に、ヒートバイブの熱輸送機能と熱流速変換能
を利用した放熱器が用いられるようになった。この放熱
器は従来の押出月等を用いた放熱器と比較し、はるかに
優れた放熱器Ｍをイｊし、放熱器の小型軽量化を可能に
したもので、第１図（イ）、（ロ）に示すように半導体
（ａ ）を装着するブロック（１）に並列状に一列に配
量した複数本のピー１〜パイプ（２）の吸熱部（３）を
挿着し、該ブロック（１）より一列に突出りるじ一ドパ
イブ（２）の放熱部（４）にヒートバイブ（２）と直交
する多数の放熱フィン（５）を取付けた構造となってい
る。
ブロック（１）及びフィン（５）には銅又はアルミニウ
ムを用い、ヒートバイブ（２）には銅−水系又はアルミ
ニウムーフレオン系が用いられＣおり、通常２台の放熱
器を第２図に示すにうに並列状に組合せ、両ヒー１−パ
イプ（２）、（２′）の吸熱部（３）、（３′ ）に挿
着したブ１］ツク（１）、（１′）間に半導体（ａ ）
を挟着し、３１＋導体（ａ ）の発生熱をブロック（１
）、（１′ ）を介してヒートバイブ（２）、（２′
）に伝え、ヒートバイブプ（２〉、（２′ ）の放熱部
（４）、（４′ ）に取付りたフィン（５）、（５′
）を通して放熱させるもので、第１図に示す矢印方向に
送圧して強制的に放熱させている。ブロック（１）への
ヒートパイプブ（２）の挿着は半導体（ａ ）からの熱
抵抗を最小に抑えるため、ブロック（１）の半導体（ａ
）装着面に対して一定の機械的強度を保持できる最小距
離まで近づけ、適切なピッチ間隔で一列に挿着している
。
ムを用い、ヒートバイブ（２）には銅−水系又はアルミ
ニウムーフレオン系が用いられＣおり、通常２台の放熱
器を第２図に示すにうに並列状に組合せ、両ヒー１−パ
イプ（２）、（２′）の吸熱部（３）、（３′ ）に挿
着したブ１］ツク（１）、（１′）間に半導体（ａ ）
を挟着し、３１＋導体（ａ ）の発生熱をブロック（１
）、（１′ ）を介してヒートバイブ（２）、（２′
）に伝え、ヒートバイブプ（２〉、（２′ ）の放熱部
（４）、（４′ ）に取付りたフィン（５）、（５′
）を通して放熱させるもので、第１図に示す矢印方向に
送圧して強制的に放熱させている。ブロック（１）への
ヒートパイプブ（２）の挿着は半導体（ａ ）からの熱
抵抗を最小に抑えるため、ブロック（１）の半導体（ａ
）装着面に対して一定の機械的強度を保持できる最小距
離まで近づけ、適切なピッチ間隔で一列に挿着している
。
また人容母半導体の放熱には第３図（イ）、（ロ）に示
寸ように複数本のヒートパイプ（２）を並列状に２例に
配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し、
該ブロック（１）より二列に突出するヒートパイプ（２
）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と直交する多数
のフィン（５）を取付けた放熱器が用いられている。
寸ように複数本のヒートパイプ（２）を並列状に２例に
配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し、
該ブロック（１）より二列に突出するヒートパイプ（２
）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と直交する多数
のフィン（５）を取付けた放熱器が用いられている。
これ等のヒートパイプ放熱器では何れも従来の押出材等
を用いた放熱器と比較し、優れた放熱特性を示づ゛も、
用途によっては一層の向上が望まれている。
を用いた放熱器と比較し、優れた放熱特性を示づ゛も、
用途によっては一層の向上が望まれている。
本発明はこれに鑑み放熱器のヒートパイプの配列や形状
について種々検討の結果、ヒートパイプブが風の流れ方
向に一例又は二列に配列されているため、風の流れに乱
流が発生Ｊ”ることイ【り層流どなり、これがフィン部
の熱抵抗を増大し、放熱特性を低下させＣいることを知
見し、更に検１１＝１の結果、フィン部の強制対流放熱
効率を向上さ］！てｈｂ熱器全体の熱抵抗を小さくし、
包絡体積当りのｆ１能を向上せしめた半導体用゛ヒート
パイプ放熱器を開発したもので、並列状に配置した複数
本のヒートパイプの吸熱部に半導体装着用ブロックを挿
着し、該ブロックから突出するヒートパイプの放熱部に
ヒートパイプと交差する多数の放熱フィンを取付けた放
熱器において、フィン部の用の流れ１ノ向にヒートパイ
プをちどり状に配列したことを特徴とするものである。
について種々検討の結果、ヒートパイプブが風の流れ方
向に一例又は二列に配列されているため、風の流れに乱
流が発生Ｊ”ることイ【り層流どなり、これがフィン部
の熱抵抗を増大し、放熱特性を低下させＣいることを知
見し、更に検１１＝１の結果、フィン部の強制対流放熱
効率を向上さ］！てｈｂ熱器全体の熱抵抗を小さくし、
包絡体積当りのｆ１能を向上せしめた半導体用゛ヒート
パイプ放熱器を開発したもので、並列状に配置した複数
本のヒートパイプの吸熱部に半導体装着用ブロックを挿
着し、該ブロックから突出するヒートパイプの放熱部に
ヒートパイプと交差する多数の放熱フィンを取付けた放
熱器において、フィン部の用の流れ１ノ向にヒートパイ
プをちどり状に配列したことを特徴とするものである。
これを図面を用いて詳細に説明する。
第４図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の一列を示すもの
で、図において（ａ ＞は半導体、（１）は半導体装着
用ブロック、（２） ｌ；＆ヒートパイプ、（５）は放
熱フィンを示し、複数本のヒートパイプ（２）を並列ち
どり状に配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に
挿着し、該ブロック（１）よりちどり状に突出するヒー
トパイプ（２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と
直交する多数の放熱フィン（５）を取付けたものである
。
で、図において（ａ ＞は半導体、（１）は半導体装着
用ブロック、（２） ｌ；＆ヒートパイプ、（５）は放
熱フィンを示し、複数本のヒートパイプ（２）を並列ち
どり状に配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に
挿着し、該ブロック（１）よりちどり状に突出するヒー
トパイプ（２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と
直交する多数の放熱フィン（５）を取付けたものである
。
本発明ｆ１シ熱器は以、トの構成からなり、フィン部に
Ｊ３Ｌノる風の流れ方向（図に示す矢印方向）にピー１
−パイプの放熱部をちどり状に配列することにより、ブ
ロック部における熱抵抗をそれほど悪化せず、放熱部で
の風の流れに乱流を起し、強制対流放熱効果を著しく向
上し、その結果放熱器全体の熱抵抗を小ざくし、包絡体
積当りの性能を向上ｕしめ得たものである。
Ｊ３Ｌノる風の流れ方向（図に示す矢印方向）にピー１
−パイプの放熱部をちどり状に配列することにより、ブ
ロック部における熱抵抗をそれほど悪化せず、放熱部で
の風の流れに乱流を起し、強制対流放熱効果を著しく向
上し、その結果放熱器全体の熱抵抗を小ざくし、包絡体
積当りの性能を向上ｕしめ得たものである。
しかして本発明放熱器の包絡体積当りの性能を更に向上
させる場合には第５図（イ）、（ロ）に示Ｊ′ようにブ
ロック（１）に挿着するヒートパイプ（２）の吸熱部（
３）のパイプ径を放熱部（４）のパイプ径より大径とす
るとよい。また本発明放熱器により大容量半導体の放熱
を行なう場合には５− 第６図（イ）、（ロ）に示すように複数本のヒートパイ
プ（２）を並列ちどり状に多段に配置し、その吸熱部（
３）をブロック（１）に挿着し、該ブロック（１）より
並列ちどり状に多段に突出するヒートパイプ（２）の放
熱部（４）に、ヒートパイプ（２）と直交する多数のフ
ィン（５）を取付けるとよい。
させる場合には第５図（イ）、（ロ）に示Ｊ′ようにブ
ロック（１）に挿着するヒートパイプ（２）の吸熱部（
３）のパイプ径を放熱部（４）のパイプ径より大径とす
るとよい。また本発明放熱器により大容量半導体の放熱
を行なう場合には５− 第６図（イ）、（ロ）に示すように複数本のヒートパイ
プ（２）を並列ちどり状に多段に配置し、その吸熱部（
３）をブロック（１）に挿着し、該ブロック（１）より
並列ちどり状に多段に突出するヒートパイプ（２）の放
熱部（４）に、ヒートパイプ（２）と直交する多数のフ
ィン（５）を取付けるとよい。
以下本発明の効果を明らかにするため実施例について説
明する。
明する。
実施例（１）
直径１５．８８ ａｍ、長さ３７０Ｍの銅−水系ピー１
〜パイプを５本、並列ちどり状に配置して、その吸熱部
を高さ１２０Ｍ、中１３０ｍ、厚さ３０調の半導体装着
用アルミブロックに挿着し、該ブロックからちどり状に
突出するヒートパイプの放熱部にＩくさ１９０ｍｍ、巾
４０Ｍ１厚さ０．５ｍｍのアルミ製放熱フィンを１１５
枚、２ｍのピッチで取Ｌ１け、第７１図（イ〉、（ロ）
に示す本発明放熱器を作成した。尚ヒートパイプの配置
は風の流れ方向と直角方向のピッチＰ＋を８ｒｎｍ＜対
ヒートパイプ径比率Ｐ＋／Ｄ（＋６− −〇、５０） 、風の流れ方向のピッチＰ２を２５＃（
対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．５７）とし
た。
〜パイプを５本、並列ちどり状に配置して、その吸熱部
を高さ１２０Ｍ、中１３０ｍ、厚さ３０調の半導体装着
用アルミブロックに挿着し、該ブロックからちどり状に
突出するヒートパイプの放熱部にＩくさ１９０ｍｍ、巾
４０Ｍ１厚さ０．５ｍｍのアルミ製放熱フィンを１１５
枚、２ｍのピッチで取Ｌ１け、第７１図（イ〉、（ロ）
に示す本発明放熱器を作成した。尚ヒートパイプの配置
は風の流れ方向と直角方向のピッチＰ＋を８ｒｎｍ＜対
ヒートパイプ径比率Ｐ＋／Ｄ（＋６− −〇、５０） 、風の流れ方向のピッチＰ２を２５＃（
対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．５７）とし
た。
この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブロッ
ク間に出力１０００Ｗのサイリスタを挟着し、前面風速
３ｍ／Ｓｅｃの条件で空気温度（Ｔａ’Ｃ）、ブロック
のサイリスタ取付面の温度（Ｔｂ’Ｃ）、ヒートバイブ
の温度（Ｔ ｈｐ℃）を測定し、次式に基づいて熱抵抗
を算出した。これ等の結果を同一ブロック、同一ヒート
バイブを用いた同一包絡体積の第１図（イ）、（ロ）に
示す構造の従来放熱器と比較し第１表に示す。
ク間に出力１０００Ｗのサイリスタを挟着し、前面風速
３ｍ／Ｓｅｃの条件で空気温度（Ｔａ’Ｃ）、ブロック
のサイリスタ取付面の温度（Ｔｂ’Ｃ）、ヒートバイブ
の温度（Ｔ ｈｐ℃）を測定し、次式に基づいて熱抵抗
を算出した。これ等の結果を同一ブロック、同一ヒート
バイブを用いた同一包絡体積の第１図（イ）、（ロ）に
示す構造の従来放熱器と比較し第１表に示す。
ブ１コック部の熱抵抗
（Ｙｂ ） −（Ｔｂ −Ｔｈｐ） ／Ｑフィン部の熱
抵抗 （Ｙｆ ） ＝ （Ｔｈｐ−Ｔａ ） ／Ｑ仝熱抵抗 （Ｒ） ＝ （Ｙｂ ） ＋（Ｙｆ ）−（Ｔｂ −Ｔ
ａ ）／Ｑ 但しＱはサイリスタ熱出力（Ｗ）を示す。
抵抗 （Ｙｆ ） ＝ （Ｔｈｐ−Ｔａ ） ／Ｑ仝熱抵抗 （Ｒ） ＝ （Ｙｂ ） ＋（Ｙｆ ）−（Ｔｂ −Ｔ
ａ ）／Ｑ 但しＱはサイリスタ熱出力（Ｗ）を示す。
第１表
第１表から明らかなように本発明放熱器ではヒートバイ
ブのちどり状配列によるブロック部熱抵抗（Ｙｂ ）の
増加は微少であり、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は従来放
熱器の０．０１９０℃／Ｗに対して０．０１５０℃／Ｗ
と風の流れの乱流効宋が顕茗に現れ、全熱抵抗が０．０
２８０℃／Ｗと１１％も改善されていることが判る。
ブのちどり状配列によるブロック部熱抵抗（Ｙｂ ）の
増加は微少であり、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は従来放
熱器の０．０１９０℃／Ｗに対して０．０１５０℃／Ｗ
と風の流れの乱流効宋が顕茗に現れ、全熱抵抗が０．０
２８０℃／Ｗと１１％も改善されていることが判る。
次に風の流れ方向ど直角方向のピップＰ＋ どヒートパ
イプ径Ｄｏの比Ｐ＋ ／Ｄｏと各部熱抵抗との関連を調
べた。ぞの−例（Ｊｕｌの流れ方向のピッチＰ２とヒー
トパイプ径ＤＯの比Ｐｚ ／Ｉ’）ｏ −１，５７の場
合）を第７図に示す。図から判るようにブロック部の熱
抵抗（Ｙｂ）、フィン部の熱抵抗（Ｙｆ）、全熱抵抗（
Ｒ）とＰ＋／ＤＯの間には図に示す様な相関性があり、
全熱抵抗（Ｒ）はＰ＋ ／ＤＯが０．５〜０．７５の間
で最低となり、Ｐ＋／Ｄｏが１に近づくにつれて従来放
熱器の性能に近づくことが判る。従って効率の良い全熱
抵抗を１ｑるためにはＰ＋／Ｄｏを０．５〜０．７５と
することが望ましい。またＰｚ ／ＤＯについては特に
限定１′るものではないが、１．５〜２．０とすること
が望ましい。
イプ径Ｄｏの比Ｐ＋ ／Ｄｏと各部熱抵抗との関連を調
べた。ぞの−例（Ｊｕｌの流れ方向のピッチＰ２とヒー
トパイプ径ＤＯの比Ｐｚ ／Ｉ’）ｏ −１，５７の場
合）を第７図に示す。図から判るようにブロック部の熱
抵抗（Ｙｂ）、フィン部の熱抵抗（Ｙｆ）、全熱抵抗（
Ｒ）とＰ＋／ＤＯの間には図に示す様な相関性があり、
全熱抵抗（Ｒ）はＰ＋ ／ＤＯが０．５〜０．７５の間
で最低となり、Ｐ＋／Ｄｏが１に近づくにつれて従来放
熱器の性能に近づくことが判る。従って効率の良い全熱
抵抗を１ｑるためにはＰ＋／Ｄｏを０．５〜０．７５と
することが望ましい。またＰｚ ／ＤＯについては特に
限定１′るものではないが、１．５〜２．０とすること
が望ましい。
実施例（２）
吸熱部（ブロック挿着部）を長さ１１５１１１１１１％
直径１９．０５ ａｍ、放熱部（フィン装着部）を直径
１２．７ｍの２段径を有する全長３７０＃の銅−水系ヒ
ートバイブを５本、並列ちどり状に配置し、その吸熱部
を高さ１２０＃ｌ＃ｌ、巾１３０１１１１１１．厚さ３
０＃の半導体装着用アルミブロックに挿着し、該ブロッ
クがらちどり状に突出するヒートバイブの放熱部に長さ
１９０間、巾４０＃、厚さ０．５Ｈのアルミ製フィン１
１５枚を２慣のピッチで装着し、第５図（イ）、（ロ）
に示す本発明放熱器を作成した。尚鳳の流れ方向と直角
方向のピッチＰ１を８＃ｌｌ１１（対フィン部ヒートパ
イプ径比率Ｐ＋ ／Ｄｏ −０，６３） 、風の流れ方
９− 向のピッチＰ２を２５＃（対フィン部ヒートバイブ径比
率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．９７） トシタ。
直径１９．０５ ａｍ、放熱部（フィン装着部）を直径
１２．７ｍの２段径を有する全長３７０＃の銅−水系ヒ
ートバイブを５本、並列ちどり状に配置し、その吸熱部
を高さ１２０＃ｌ＃ｌ、巾１３０１１１１１１．厚さ３
０＃の半導体装着用アルミブロックに挿着し、該ブロッ
クがらちどり状に突出するヒートバイブの放熱部に長さ
１９０間、巾４０＃、厚さ０．５Ｈのアルミ製フィン１
１５枚を２慣のピッチで装着し、第５図（イ）、（ロ）
に示す本発明放熱器を作成した。尚鳳の流れ方向と直角
方向のピッチＰ１を８＃ｌｌ１１（対フィン部ヒートパ
イプ径比率Ｐ＋ ／Ｄｏ −０，６３） 、風の流れ方
９− 向のピッチＰ２を２５＃（対フィン部ヒートバイブ径比
率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．９７） トシタ。
この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブロッ
ク間に出力１０００Ｗのり゛イリスタを挟着し、前面風
速３′ｒｒＬ／Ｓｅｃの条件で実施例（１）と同様の測
定を行なって熱抵抗を算出した。これ等の結果を直径１
５．８８ ｍの直管状ヒートバイブとｆＭＩ−ブ１コッ
ク及び同一フィンを用いた同一包絡体積の第１図に示す
構造の従来放熱器と比較して第２表に示す。
ク間に出力１０００Ｗのり゛イリスタを挟着し、前面風
速３′ｒｒＬ／Ｓｅｃの条件で実施例（１）と同様の測
定を行なって熱抵抗を算出した。これ等の結果を直径１
５．８８ ｍの直管状ヒートバイブとｆＭＩ−ブ１コッ
ク及び同一フィンを用いた同一包絡体積の第１図に示す
構造の従来放熱器と比較して第２表に示す。
第２表
第２表から明らかなように本発明放熱器はヒートバイブ
のブロックに挿着する吸熱部の拌を大きくすることによ
り、ヒートバイブのちどり状配列によるブロック部熱抵
抗（Ｙｂ ）の悪化がなく、−１〇− フィン部熱１１を抗（Ｙｆ ）はヒートパイプの放熱部
径を小ざくすることにより有効伝熱面積を増加でるとノ
Ｌに、風の流れの乱流効果により大巾に改善され、仝熱
抵抗は０．０２６５°Ｃ／Ｗと１６％も改善されている
ことが判る。
のブロックに挿着する吸熱部の拌を大きくすることによ
り、ヒートバイブのちどり状配列によるブロック部熱抵
抗（Ｙｂ ）の悪化がなく、−１〇− フィン部熱１１を抗（Ｙｆ ）はヒートパイプの放熱部
径を小ざくすることにより有効伝熱面積を増加でるとノ
Ｌに、風の流れの乱流効果により大巾に改善され、仝熱
抵抗は０．０２６５°Ｃ／Ｗと１６％も改善されている
ことが判る。
実施例（３）
直径１２．７ｍｍ、長さ３８０ ｍｍの銅−水系ヒート
パイプ８木を−１９ｌ＋１７５とり状に２段に配置し、
その吸熱部を高さ１２０ｍｍ、 Ｉｌ＋ １２０ｍｍ、
厚さ６０間の半導体装着用ブロックに挿着し、該ブロッ
クから並列ぢどり状に２段に突出するヒートパイプの放
熱部に長さ １８５ｍｍ 、 ｒｌｌ ７５ｍｍ ％厚
さ０．４ｍｍの銅製放熱フィンを１２０枚、１０ｍＩｎ
のピッチで取付【プ、第６図（イ）、（１］）に示す本
発明放熱器を作成した。尚ヒートパイプの配置は凧の流
れ方向と直角方向のピッチＰ＋ ヲ１２．５ｍ （ｉｌ
Ｌニーｈパイプ径比率Ｐ＋／Ｄ。
パイプ８木を−１９ｌ＋１７５とり状に２段に配置し、
その吸熱部を高さ１２０ｍｍ、 Ｉｌ＋ １２０ｍｍ、
厚さ６０間の半導体装着用ブロックに挿着し、該ブロッ
クから並列ぢどり状に２段に突出するヒートパイプの放
熱部に長さ １８５ｍｍ 、 ｒｌｌ ７５ｍｍ ％厚
さ０．４ｍｍの銅製放熱フィンを１２０枚、１０ｍＩｎ
のピッチで取付【プ、第６図（イ）、（１］）に示す本
発明放熱器を作成した。尚ヒートパイプの配置は凧の流
れ方向と直角方向のピッチＰ＋ ヲ１２．５ｍ （ｉｌ
Ｌニーｈパイプ径比率Ｐ＋／Ｄ。
＝０．９８） 、凧の流れ方向のビッヂＰ２を２２ｍｍ
（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．７２＞と
した。
（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．７２＞と
した。
この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブロッ
ク間に出力１５００Ｗのサイリスタを挟着し前面用途３
ｍ／Ｓｅｅの条ｆ１で、実施例（１）と同様の測定を行
なって熱抵抗を算出した。イの結果を同一ヒートパイプ
、同一ブロック、同一フィンを用いた同一包絡体積の第
３図〈イ）、（［１）に示す従来放熱器と比較して第３
表に示す。
ク間に出力１５００Ｗのサイリスタを挟着し前面用途３
ｍ／Ｓｅｅの条ｆ１で、実施例（１）と同様の測定を行
なって熱抵抗を算出した。イの結果を同一ヒートパイプ
、同一ブロック、同一フィンを用いた同一包絡体積の第
３図〈イ）、（［１）に示す従来放熱器と比較して第３
表に示す。
第３表
第３表から明らかなように本発明放熱器ではヒートパイ
プを並列らどり状に２段に配置１ノｌこことによるブロ
ック部熱抵抗（Ｙｂ）の増加ｋ１． ＩＩＫ’少であり
、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は大１１１ｔこ改ｍされ、
その結果全熱抵抗（Ｒ）は従来放熱器の０．０２４！ｉ
℃／Ｗから０．０２０１℃／Ｗと１８％も改善されてい
ることが判る。
プを並列らどり状に２段に配置１ノｌこことによるブロ
ック部熱抵抗（Ｙｂ）の増加ｋ１． ＩＩＫ’少であり
、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は大１１１ｔこ改ｍされ、
その結果全熱抵抗（Ｒ）は従来放熱器の０．０２４！ｉ
℃／Ｗから０．０２０１℃／Ｗと１８％も改善されてい
ることが判る。
尚、実施例（２）及び（３）の本発明放熱器においても
、特に効率の良い全熱抵抗を得るために【ＪＰｄ／Ｄｏ
を０．５〜０．７５、Ｐｚ ／Ｄｏを１．５〜２．０と
することが望ましい。またブロックについてはサイリス
タの発熱容量に応じて材質及び寸法を選択し、ヒートパ
イプについても銅−水系に限るものではなく、種々の材
質と作動液を組合わせたものを用いてもよく、ぞの寸法
、形状も必要に応じて任意に定めることができる。
、特に効率の良い全熱抵抗を得るために【ＪＰｄ／Ｄｏ
を０．５〜０．７５、Ｐｚ ／Ｄｏを１．５〜２．０と
することが望ましい。またブロックについてはサイリス
タの発熱容量に応じて材質及び寸法を選択し、ヒートパ
イプについても銅−水系に限るものではなく、種々の材
質と作動液を組合わせたものを用いてもよく、ぞの寸法
、形状も必要に応じて任意に定めることができる。
このように本発明放熱器によればフィン部の風の流れに
乱流を発生させて、フィン部熱抵抗を低下ざυ、仝熱抵
抗を大巾に改善したもので、放熱器Ｖ［を一段と向上し
得る顕著な効果を奏するものである。
乱流を発生させて、フィン部熱抵抗を低下ざυ、仝熱抵
抗を大巾に改善したもので、放熱器Ｖ［を一段と向上し
得る顕著な効果を奏するものである。
第１図（イ）、（ロ）は従来放熱器の一例を示すもので
、（イ）は正面図、（０）は側面図、第２図は第１図に
示す放熱器の使用状態を示す側面図、第３図（イ）、（
１］）は従来放熱器の他の−１９１を小す（）のぐ、（
１’）は平面図、（ロ）は正面図、第４図（イ）、（ロ
）は本発明放熱器の一例を示すもので、（イ）は平面図
、（ｒ：Ｉ）正面図、１３− 第５図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の他の一例を示す
もので、（イ）は平面図、（ロ）１．１正面図、第６図
（イ）、（０）は本発明放熱器の更に仙の一例を示すも
ので、（イ）は平面図、（［１）は正面図、第７図は本
発明放熱器の各部熱抵抗に及ぼすと一ドパイブの風の流
れ方向と直角方向のピッチＰ＋どヒートパイプ径ＤＯの
比率Ｐ＋／Ｉ）ｏの影響を示す説明図である。 ａ、半導体 １、半導体装着用ブロック ２、ヒートパイプ ３、ヒートパイプの吸熱部 ４、ヒートパイプの放熱部 ５、放熱フィン １４− 第１図 第２図 第５図 第６図 （イ） 第７図 Ｆｉ′１００ 手続ン市正書（自発） 昭和５９年６月２７日 １、事件の表示 昭和５８年 特許願 第１６６２５３号２、発明の名称 半導体用ヒートバイブ放熱器 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面。 ６、補正の内容 （１）発明の詳細な説明において、第２頁第１６行に「
両ヒートバイブ（２）、（２’）Ｊとあるを、［相互の
フィン（５）、（５′）間と、両フィン（５）、〈５′
）の外側に電気絶縁板（６）、（６′）、（６″）を取
付け、両ヒー１〜バイブ（２）、（２’）Ｊと訂正づる
。 （２）同第８真下から第１２行に ［０，０１９０℃／Ｗ、１とあるを、 ｒ Ｏ，０１８０℃／ＷＪと訂正する。 （３）同第８頁下から第１０行に 「全熱抵抗が０．０２８０℃／Ｗと１１％も改善」とあ
るを、「全熱抵抗（Ｒ）が９％も改善」と訂ｉｌ：する
。 （４）同第１１頁第４行に「全熱抵抗」とあるを、「全
熱抵抗（Ｒ）」と訂正する。 （５）同第１２頁下から第２行より第１３頁上から第２
行に［尚実施例（２）及び（３）の本発明放熱器におい
ても、特に効率の良い全熱抵抗を得るためにはＰ＋／Ｄ
ｏを０．５〜０．７５、Ｐｚ／Ｄｏを１．５〜２．０と
することが望ましい。 また」とあるを削除づる。 （６）添附図面中、第２図を別紙の如く訂正する。 第２図 手続補正書画力 昭和５９年７月３０ ＩＩ 特許庁長官 志 賀 学 用ジ １、事件の表示 昭和５８年 特許願 第１６６２５３９２、発明の名称 半導体用ヒートパイプ放熱器 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号名 称
（５２９）古河電気工業株式会社 （他１ネ１）４、代
理人 住 所 東京都千代田区神田北乗物町１６番地〒１０１
英 ビル３階 ５、補正の対象 明細書全文 ６、補正の内容 別紙のとおり 明 細 書 １、発明の名称 半導体用ヒートパイプ放熱器 ２、特許請求の範囲 （１）並列状に配置した複数本のヒートパイプの吸熱部
に半導体装着用ブロックを挿着し、該ブロックから突出
づるピー１−パイプの放熱部に、ピー１〜パイプど交差
づる多数の放熱フィンを取付け、該フィン部に送風して
強制的に放熱さじるようにした放熱器において、上記の
ヒートパイプ群を上記のフィン部の川の流れ方向に向っ
て１段もしくは多段の交互喰い違い状のジグザグに配列
したことを特徴とする半導体用ヒートパイプ放熱器。 （２）ヒートパイプの吸熱部におけるパイプ径を放熱部
におけるパイプ径より大径とした特許請求の範囲第（１
）項記載の半導体用ヒートパイプ放熱器。 （３）ヒートパイプ群の配置がフィン部の風の流れ方向
と直角方向のピッチＰ１および凧の流れ方向のピッチＰ
２が夫々同一である配列どした特許請求の範囲第（１）
項記載の半導体装ヒートパイプ放熱器。 （４）フィン部におけるヒートパイプ群の配置が添付図
面第５図に示すように風の流れ方向と直角方向にピッチ
Ｐ１の２列配列で、Ｍｌの流れ７′ノ向にピッチＰ２の
多数列配列であるＱｈ ＊ｒ請求の範囲第（１）項記載
の半導体用ヒートパイプ敢然器。 （５）フィン部におけるヒートパイプ群の配］６が添付
図面第６図に示すように風の流れ方向と直角にビッヂＰ
＋の３列配列で、風の流れ方向にピッチＰｚの多数列配
列であるＧｉ￥［請求の範囲第（１）項記載の半導体用
ヒートパイプの放熱器。 ３、発明の詳細な説明 本発明は半導体用ヒートパイプ放熱器に関りるもので、
特にその放熱特性を向上せしめたことを特徴としている
。 近年半導体、例えば電力変換用サイリスタやダイオード
等の冷却に、ヒートパイプ群優れた熱輸送機能と優れた
吸熱・放熱能を利用した放熱器が用いられるようになっ
た。この放熱器は従来の押出材等を用いた放熱器と比較
し、はるかに優れた放熱特性を右し、放熱器の小型軽量
化を可能にしたもので、第１図（イ）、（ロ）に示すよ
うに半導体（ａ）を装着するブロック（１）に並列状に
一列に耐層した複数本のヒートパイプ（２）の吸熱部（
３）をｌｌＩ′１着し、該ブ
、（イ）は正面図、（０）は側面図、第２図は第１図に
示す放熱器の使用状態を示す側面図、第３図（イ）、（
１］）は従来放熱器の他の−１９１を小す（）のぐ、（
１’）は平面図、（ロ）は正面図、第４図（イ）、（ロ
）は本発明放熱器の一例を示すもので、（イ）は平面図
、（ｒ：Ｉ）正面図、１３− 第５図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の他の一例を示す
もので、（イ）は平面図、（ロ）１．１正面図、第６図
（イ）、（０）は本発明放熱器の更に仙の一例を示すも
ので、（イ）は平面図、（［１）は正面図、第７図は本
発明放熱器の各部熱抵抗に及ぼすと一ドパイブの風の流
れ方向と直角方向のピッチＰ＋どヒートパイプ径ＤＯの
比率Ｐ＋／Ｉ）ｏの影響を示す説明図である。 ａ、半導体 １、半導体装着用ブロック ２、ヒートパイプ ３、ヒートパイプの吸熱部 ４、ヒートパイプの放熱部 ５、放熱フィン １４− 第１図 第２図 第５図 第６図 （イ） 第７図 Ｆｉ′１００ 手続ン市正書（自発） 昭和５９年６月２７日 １、事件の表示 昭和５８年 特許願 第１６６２５３号２、発明の名称 半導体用ヒートバイブ放熱器 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面。 ６、補正の内容 （１）発明の詳細な説明において、第２頁第１６行に「
両ヒートバイブ（２）、（２’）Ｊとあるを、［相互の
フィン（５）、（５′）間と、両フィン（５）、〈５′
）の外側に電気絶縁板（６）、（６′）、（６″）を取
付け、両ヒー１〜バイブ（２）、（２’）Ｊと訂正づる
。 （２）同第８真下から第１２行に ［０，０１９０℃／Ｗ、１とあるを、 ｒ Ｏ，０１８０℃／ＷＪと訂正する。 （３）同第８頁下から第１０行に 「全熱抵抗が０．０２８０℃／Ｗと１１％も改善」とあ
るを、「全熱抵抗（Ｒ）が９％も改善」と訂ｉｌ：する
。 （４）同第１１頁第４行に「全熱抵抗」とあるを、「全
熱抵抗（Ｒ）」と訂正する。 （５）同第１２頁下から第２行より第１３頁上から第２
行に［尚実施例（２）及び（３）の本発明放熱器におい
ても、特に効率の良い全熱抵抗を得るためにはＰ＋／Ｄ
ｏを０．５〜０．７５、Ｐｚ／Ｄｏを１．５〜２．０と
することが望ましい。 また」とあるを削除づる。 （６）添附図面中、第２図を別紙の如く訂正する。 第２図 手続補正書画力 昭和５９年７月３０ ＩＩ 特許庁長官 志 賀 学 用ジ １、事件の表示 昭和５８年 特許願 第１６６２５３９２、発明の名称 半導体用ヒートパイプ放熱器 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号名 称
（５２９）古河電気工業株式会社 （他１ネ１）４、代
理人 住 所 東京都千代田区神田北乗物町１６番地〒１０１
英 ビル３階 ５、補正の対象 明細書全文 ６、補正の内容 別紙のとおり 明 細 書 １、発明の名称 半導体用ヒートパイプ放熱器 ２、特許請求の範囲 （１）並列状に配置した複数本のヒートパイプの吸熱部
に半導体装着用ブロックを挿着し、該ブロックから突出
づるピー１−パイプの放熱部に、ピー１〜パイプど交差
づる多数の放熱フィンを取付け、該フィン部に送風して
強制的に放熱さじるようにした放熱器において、上記の
ヒートパイプ群を上記のフィン部の川の流れ方向に向っ
て１段もしくは多段の交互喰い違い状のジグザグに配列
したことを特徴とする半導体用ヒートパイプ放熱器。 （２）ヒートパイプの吸熱部におけるパイプ径を放熱部
におけるパイプ径より大径とした特許請求の範囲第（１
）項記載の半導体用ヒートパイプ放熱器。 （３）ヒートパイプ群の配置がフィン部の風の流れ方向
と直角方向のピッチＰ１および凧の流れ方向のピッチＰ
２が夫々同一である配列どした特許請求の範囲第（１）
項記載の半導体装ヒートパイプ放熱器。 （４）フィン部におけるヒートパイプ群の配置が添付図
面第５図に示すように風の流れ方向と直角方向にピッチ
Ｐ１の２列配列で、Ｍｌの流れ７′ノ向にピッチＰ２の
多数列配列であるＱｈ ＊ｒ請求の範囲第（１）項記載
の半導体用ヒートパイプ敢然器。 （５）フィン部におけるヒートパイプ群の配］６が添付
図面第６図に示すように風の流れ方向と直角にビッヂＰ
＋の３列配列で、風の流れ方向にピッチＰｚの多数列配
列であるＧｉ￥［請求の範囲第（１）項記載の半導体用
ヒートパイプの放熱器。 ３、発明の詳細な説明 本発明は半導体用ヒートパイプ放熱器に関りるもので、
特にその放熱特性を向上せしめたことを特徴としている
。 近年半導体、例えば電力変換用サイリスタやダイオード
等の冷却に、ヒートパイプ群優れた熱輸送機能と優れた
吸熱・放熱能を利用した放熱器が用いられるようになっ
た。この放熱器は従来の押出材等を用いた放熱器と比較
し、はるかに優れた放熱特性を右し、放熱器の小型軽量
化を可能にしたもので、第１図（イ）、（ロ）に示すよ
うに半導体（ａ）を装着するブロック（１）に並列状に
一列に耐層した複数本のヒートパイプ（２）の吸熱部（
３）をｌｌＩ′１着し、該ブ
【］ツク（１）より一列に
突出りるピー１〜パイプ（２）の放熱部（４）にヒート
パイプ（２）と直交する多数の放熱フィン（５）を取付
りた構造となっている。 ブ１コック（１）及びフィン（５）には銅又はアルミニ
・クムを用い、ヒートパイプ（２）には銅−水系又はア
ルミニウムーフレオン系が用いられてΔ３す、通常２台
の放熱器を第２図に示ずように各放熱器のフィン間に電
気絶縁板（６）、（６′）、（６″）を配置して！１６
列状に組合せ、両ヒートバイブ（２）、（２′）の吸熱
部（３）、（３′）３− に挿着したブロック（１）、（１′ ）間に’ｌ’ 轡
（ホ（ａ ）を挟着し、半導体（ａ）の発生熱をブ［１
ツク（１）、（１′ ）を介してヒートパイプ（２）、
（２′）に伝え、ヒートパイプ（２ン、（２′ 〉の放
熱部（４）、（４′ ）に取付けたフィン（５）、（５
′ ）を通して放熱させるもので、第１図に示す矢印方
向へに送風して強制的に放熱さ「でいる。ブロック（１
）へのヒートパイプ（２）の挿着は半導体（ａ ）から
の熱抵抗を最小に抑えるため、ヒートパイプ（２）がブ
ロック（１）の半導体（ａ ）装着面に対して一定の機
械的強１αをイ＾持できる最小距離まで近づくように取
イ１１ノ、かつこれらのヒートパイプ（２）は適切なピ
ッチ間隔ぐブロック（１）内に１列に挿着されている。 また大容量半導体の放熱には第３図（イ）、（ロ）に示
すにうに複数本のヒートパイプブ（２）を並列状に２列
に配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し
、該ブロック（１）より２列に突出するヒートパイプ（
２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と直交する多
数のフィン４− （５）を取付けた放熱器が用いられている。 これ等のヒーｉ〜パイプ放熱器では何れも従来の押出（
４等を用いた放熱器と比較し、優れた放熱特性を示覆も
、用途によっては一層の向上が望まれている。 本発明はこれに鑑み放熱器のヒートパイプの配列や形状
について種々検討の結果、ヒートバイブプが風の流れ方
向に向って１列又は２列に規則的に揃って配列されてい
るため、矢印に示したへ方向の胤の流れに乱流が発生す
ることなく層流となり、これがフィン部の熱抵抗を増大
し、放熱特性を低下させていることを知見し、更に検討
の結果、フィン部の強制対流放熱効率を向上させて放熱
器全体の熱抵抗を小さくし、包絡体積（放熱器の占有体
積でフィン間の空間部も含む）当りの性能を向上せしめ
た半導体用ヒートパイプ放熱器を開発したもので、並列
状に配置した複数本のヒートパイプの吸熱部に半導体装
着用ブロックを挿着し、該ブ１］ツクから突出するヒー
トパイプの放熱部にヒートパイプと交差づ−る多数の放
熱フィンを取付けた放熱器において、フィン部の風の流
れＩＪ向にヒートパイプをちどり状に６１１列したこと
を特徴どり−るものである。 これを図面を用いて詳細に説明づる。 第４図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の一例を示すもの
で、図において（ａ ）は半導体、（１）は半導体装着
用ブロック、（２）はヒートバイブプ、（５）は放熱フ
ィンを示し、複数本のに一ドパイブ（２）を風の流れ方
向Ａに向って交ｎ喰い）１．い状に換言ずれば並列ちど
り状に配置（）、ぞの吸熱部（３）をブロック（１）に
挿着し、該ブ［１ツク（１）よりちどり状に突出するヒ
ートバイブプ（２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２
）と直交りる多数の放熱フィン（５）を取付（）たもの
である。 本発明放熱器は以上の構成からなり、フィン部にお４Ｊ
る風の流れ方向（図に示づ矢印△プｉ ＸＩ ）にヒー
トパイプの放熱部をちどり状に配列りることにより、ブ
ロック部におりる熱抵抗をそればどｊ１！：化せず、放
熱部での風の流れに乱流を起し、強制対流放熱効果を著
しく向上し、イの結果放熱器全体の熱抵抗を小ざくし、
包絡体積当りの性能を向上せしめ得たものである。 しかして本発明放熱器の包絡体積当りの性能を史に向上
させる場合には第５図（イ）、〈口）に示りＪ、うにブ
［１ツク（１）に挿着するヒートパイプ（２）の吸熱部
（３）のパイプ径を放熱部（４）のパイプ径より大径と
するとよい。また本発明放熱器により大容偵半導体の放
熱を行なう場合には第６図（イ）、（［１）に示寸よう
に複数本のヒートパイプ（２）を並列ちどり状に多段に
配置し、イの吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し、
該ブ１」ツク（１） Ｊ：り並列ちどり状に多段に突出
するヒートパイプ（２）の放熱部（４）に、ヒートパイ
プ（２）と直交覆る多数のフィン（５）を取付けるとよ
い。 以下本発明の効果を明らかに覆るため実施例について説
明する。 実施例（１） 直径１５．８８ｍｍ、長さ３７０ｍｍの銅−水系ヒート
パイプを５本、並列ちどり状に配置して、その吸熱７一 部を高さ １２０ｍｍ、ｔｌ＋ １３０ｍｍ、厚さ３０
ｍｒｎの２１’ ）９体肢着用アルミブロックに挿届し
、該ブロックがららどり状に突出づるヒートパイプの放
熱部に長さ１９０ｓ１巾４０ｍｍ５Ｆ’５さ０，５ｍｍ
のアルミ製放熱フィンを１１５枚、２ｒｕｔｎのピッチ
で取イ・目ノ、第４図（イ）、（ロ）に示す１段並列ち
どり状配列のに−トパイプを有する本発明放熱器を作成
した。尚ヒートパイプの配置は風の流れへ方向と直角Ｉ
Ｊ向のピッチＰ＋を８＃ｌ＃ｌ（対ヒートパイプ径比率
Ｐ＋／ｎ。 ＝０．５０） 、風の流れ方向のピッチＰ７を２５ｍｍ
（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．５７）と
した。 この放熱器２台を１絹として並列状に和合１！、両ブロ
ック間に出力１０００Ｗのサイリスタを挾るし、前面風
速３ｍ／Ｓｅａの条ｆ１で空気温度（１−ａ℃）、ブロ
ックのサイリスタ取付面の温度（Ｔｂ’Ｃ）、ヒートパ
イプの温度（Ｔ ｈｐ”Ｃ）を測定し、次式に基づいて
熱抵抗を算出した。これ等の結果を同一ブロック、同一
ヒートパイプを用いた同一包絡体積の第１図（イ）、（
ロ）に示す構造のｆ、Ｙ、 ′Ａ＜放熱器と比較し第１
表に示づ。 ８− ブロック部の熱抵抗 （Ｙｂ ） −（Ｔｂ −Ｔｈｐ） ／Ｑフィン部の熱
抵抗 （Ｙｆ ） ＝ （Ｔｈｐ−Ｔａ ） ／Ｑ仝熱抵抗 （Ｒ） ＝ （Ｙｂ ） −１−（Ｙｆ ）−（Ｔｂ
−Ｔａ ） ／Ｑ 但しＱはサイリスタ熱出力（Ｗ＞を示す。 第１表 第１表から明らかなように本発明放熱器ではヒートパイ
プのちどり状配列によるブロック部熱抵抗（Ｙｂ ）の
増加は微少であり、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は従来放
熱器の０．０１８０℃／Ｗに対して０．０１５０℃／Ｗ
と川の流れの乱流効果が顕著に現れ、全熱抵抗（Ｒ）が
９％も改善されていることが判る。 次に風の流れ方向と直角方向のピップＰ＋ とヒートパ
イプ径ＤＯの比Ｐ＋／Ｄｏと各部熱抵抗との関連を調べ
た。その−例（風の流れ方向のピッチＰｚとヒートパイ
プ径ＤＯの比Ｐ２ ／Ｄｏ ＝１．５７の場合）を第７
図に示す。図から判るＪ、うにブロック部の熱抵抗（Ｙ
ｂ）、フィン部の熱１１（抗（Ｙｆ）、全熱抵抗（Ｒ）
とＰ＋／Ｉ）ｏの間には図に示ず様な相関性があり、全
熱抵抗（Ｒ）はＰｔ／Ｄｏが０．５〜０．７５の間で最
低となり、Ｐ１／Ｄｏが１に近づくにつれて従来放熱器
の性能に近づくことが判る。従って効率の良い全熱抵抗
を得るためにはＰ＋／Ｄｏを０．５〜０．７５とするこ
とが望ましい。またＰｚ ／Ｄｏについては特に限定す
るものではないが、１．５〜２．０とすることが望まし
い。 実施例（２） 吸熱部（ブロック挿着部）を長さ １１５１１１１１１
、直径１９．０５ ｍ、放熱部（フィン装着部）を直径
１２．７朧の２段径を有する全長３７０ｍの銅−水系ピ
ー１−バイブを５本、並列ちどり状に配置し、その吸熱
部を高さ１２０閤、ｒｌｌ １３０ｍｍ、厚さ３０ｍｒ
ｓの半導体装着用アルミブロックに挿着し、該ブロック
からちどり状に突出するヒートパイプの放熱部に長さ１
９０＃＋１Ｍ 、 １１】４０ｍｍ ｓ厚さ０．５ ｒ
ｕｍのアルミ製フィン１１５枚を２ ｍｍのビッヂで装
盾し、第５図（イ）、（ロ）に示づ１段並列ちどり状配
列の変形ヒートパイプを右Ｊる本発明放熱器を作成した
。向風の流れ方向と直角方向のピッチＰ１を８喘（対フ
ィン部ヒートパイプ径比率Ｐ＋ ／Ｄｏ ＝０．６３）
、風の流れ方向のピッチＰ２を２５Ｍ（対フィン部ヒ
ートバイブ径比率Ｐ２ ／ＤＯ＝１．９７）とした。 この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブ［］
ツク間に出力ｉｏｏｏｗのサイリスタを挟着し、ｒＩｒ
ｒ面風速３ｍ／ｓｅｃの条件で実施例（１）と同様の測
定を行なって熱抵抗を算出した。これ等の結果を直径１
５．８８ ａｍの直管状ヒートパイプと同一ブロック及
び同一フィンを用いた同一包絡体積の第１図に示す構造
の従来放熱器と比較して第２表に示す。 １１− 第２表 Ｙｂ （’Ｃ／Ｗ） Ｙｆ （’Ｃ／Ｗ） Ｒ（℃／Ｗ
）第２表から明らかなように本発明放熱器はヒートパイ
プのブロックに挿着Ｊる吸熱部の径を大ぎくすることに
より、ヒートパイプのちどり状配列によるブロック部熱
抵抗（Ｙｂ ）の悪化がなく、フィン部熱抵抗（Ｙｆ
）はヒートパイプの放熱部径を小さくすることにより有
効伝熱面積を増加ηると共に、風の流れの乱流効宋によ
り人１１１に改善され、全熱抵抗（Ｒ）は０．０２（ｉ
５℃／Ｗと１６％も改善されていることが判る。 以上実施例１．２の１段並列ちどり状配列のヒートパイ
プを有する本発明の放熱器では、特に効率のよい全熱抵
抗を得るためにはＰ＋／Ｉ）ｏを０．５〜０，７５ 、
Ｐｚ ／Ｄｏを１．５−２．０とするのが望ましい。 １２− 実施例（３） 直径１２．７ｍｍ５長さ３８０＃の銅−水系ヒートバイ
ブ８木をＮＩＣ列らどり状に２段に配置し、イの吸熱部
を高さ１２０ｍｍ、巾１２０ｍｍ、厚さ６０＃の半導体
装着用ブロックに挿着し、該ブロックから並列ちどり状
に２ ＩＱに突出りるヒートパイプの放熱部に長ざ ｌ
Ｂ ５ ＃＋ｍ、ｒｉ ７５ｍｍ ％ ／ｉノさｃｒ
、４ｍｍの銅製放熱フィンを１２０枚、１９＃のピップ
で取付け、第６図（イ）、（口〉に示す多段並列１うど
り状配列のヒートパイプを右Ｊ−る本発明放熱器を作成
した。尚ヒートパイプの配置は川の流れ方向と直角方向
のビッヂＰ１を１２．５ｍｍ （対ヒートパイプ径比率
Ｐ＋／ＤＯ＝０．９８） 、川の流れ方向のピップＰ２
を２２＋＋ｍ（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝
１．７２）とした。 この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブロッ
ク間に出力１５００Ｗのサイリスタを挟着し、前面風速
３ｍ／ｓｅｃの条件で、実施例（１）と同様の測定を行
なって熱抵抗を算出した。その結果を同一ヒートパイプ
、同一ブロック、同一フィンを用いた同一包絡体積の第
３図（イ）、（口〉に示す従来放熱器と比較して第３表
に示寸。 第３表 第３表から明らかなように本発明放熱器ではヒートパイ
プを並列ちどり状に２段に配置したことによるブロック
部熱抵抗（Ｙｂ ）の増加は微少であり、フィン部熱抵
抗（Ｙｆ ）は大［ｔＪに改善され、その結果全熱抵抗
（Ｒ）は従来放熱器の０．０２４５℃／Ｗから０．０２
０１℃／Ｗと１８％も改善されていることが判る。又実
施例３のように並列ｌうどり状配夕１１のヒートパイプ
の段数を増加ザることにＪ、す、実施例１および２に比
しＰ＋／θ０のＹ［容Ｖ限のｊｆ９加が認められた。 尚木実施例の２段並列ちどり状配列のに−トバイブを有
する放熱器の場合には、効率の良い全熱抵抗を得るため
にはＰ＋／Ｄｏについては０．５〜・１．２５の範囲が
好ましい。 以上本発明の実施に当ってはブロックについてはサイリ
スタの発熱容量に応じて材質及び寸法を選択し、ヒート
パイプについても銅−水系に限るものではなく、種々の
材質と作動液を組合わせたものを用いてもよく、その寸
法、形状も必要に応じて任意に定めることができる。 このように本発明放熱器によればフィン部の風の流れに
乱流を発生させて、フィン部熱抵抗を低下させ、全熱抵
抗を大ｌ］に改善したもので、放熱特性を一段と向上し
得る顕茗な効果を奏するものである。 ４、図面の簡単な説明 第１図（イ）、（ロ）は従来放熱器の一例を示すもので
、（イ）は正面図、（ロ）は側面図、第２図は第１図に
示で放熱器の使用状態を示す側面図、第３図（イ）、（
ロ）は従来放熱器の他の一例を示すもので、（イ）は平
面図、（ロ）は正面図、第４図（イ）、（ロ）は本発明
放熱器の実施例１を示すもので、（イ）は平面図、（ロ
）正面図、第５図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の実施
１５− 例２を示すもので、（イ）は平面図、（［１）は正面図
、第６図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の実施例３を示
すもので、（イ）は平面図、（［１）は正面図、第７図
は本発明放熱器の実Ｍξ例１の場合の各部熱抵抗に及ば
づヒートパイプの川の流れｊｊ向と直角ＩＪ向のピップ
Ｐ１とヒートパイ／径ＤＯの比率Ｐ＋ ／ｌ）ｏの影響
を承り説明図である。 ａ、半導体 １、半導体装着用ブロック ２、ヒートパイプ ３、ヒートパイプの吸熱部 ４、ヒー（・パイプの放熱部 ５、放熱フィン １６−
突出りるピー１〜パイプ（２）の放熱部（４）にヒート
パイプ（２）と直交する多数の放熱フィン（５）を取付
りた構造となっている。 ブ１コック（１）及びフィン（５）には銅又はアルミニ
・クムを用い、ヒートパイプ（２）には銅−水系又はア
ルミニウムーフレオン系が用いられてΔ３す、通常２台
の放熱器を第２図に示ずように各放熱器のフィン間に電
気絶縁板（６）、（６′）、（６″）を配置して！１６
列状に組合せ、両ヒートバイブ（２）、（２′）の吸熱
部（３）、（３′）３− に挿着したブロック（１）、（１′ ）間に’ｌ’ 轡
（ホ（ａ ）を挟着し、半導体（ａ）の発生熱をブ［１
ツク（１）、（１′ ）を介してヒートパイプ（２）、
（２′）に伝え、ヒートパイプ（２ン、（２′ 〉の放
熱部（４）、（４′ ）に取付けたフィン（５）、（５
′ ）を通して放熱させるもので、第１図に示す矢印方
向へに送風して強制的に放熱さ「でいる。ブロック（１
）へのヒートパイプ（２）の挿着は半導体（ａ ）から
の熱抵抗を最小に抑えるため、ヒートパイプ（２）がブ
ロック（１）の半導体（ａ ）装着面に対して一定の機
械的強１αをイ＾持できる最小距離まで近づくように取
イ１１ノ、かつこれらのヒートパイプ（２）は適切なピ
ッチ間隔ぐブロック（１）内に１列に挿着されている。 また大容量半導体の放熱には第３図（イ）、（ロ）に示
すにうに複数本のヒートパイプブ（２）を並列状に２列
に配置し、その吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し
、該ブロック（１）より２列に突出するヒートパイプ（
２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２）と直交する多
数のフィン４− （５）を取付けた放熱器が用いられている。 これ等のヒーｉ〜パイプ放熱器では何れも従来の押出（
４等を用いた放熱器と比較し、優れた放熱特性を示覆も
、用途によっては一層の向上が望まれている。 本発明はこれに鑑み放熱器のヒートパイプの配列や形状
について種々検討の結果、ヒートバイブプが風の流れ方
向に向って１列又は２列に規則的に揃って配列されてい
るため、矢印に示したへ方向の胤の流れに乱流が発生す
ることなく層流となり、これがフィン部の熱抵抗を増大
し、放熱特性を低下させていることを知見し、更に検討
の結果、フィン部の強制対流放熱効率を向上させて放熱
器全体の熱抵抗を小さくし、包絡体積（放熱器の占有体
積でフィン間の空間部も含む）当りの性能を向上せしめ
た半導体用ヒートパイプ放熱器を開発したもので、並列
状に配置した複数本のヒートパイプの吸熱部に半導体装
着用ブロックを挿着し、該ブ１］ツクから突出するヒー
トパイプの放熱部にヒートパイプと交差づ−る多数の放
熱フィンを取付けた放熱器において、フィン部の風の流
れＩＪ向にヒートパイプをちどり状に６１１列したこと
を特徴どり−るものである。 これを図面を用いて詳細に説明づる。 第４図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の一例を示すもの
で、図において（ａ ）は半導体、（１）は半導体装着
用ブロック、（２）はヒートバイブプ、（５）は放熱フ
ィンを示し、複数本のに一ドパイブ（２）を風の流れ方
向Ａに向って交ｎ喰い）１．い状に換言ずれば並列ちど
り状に配置（）、ぞの吸熱部（３）をブロック（１）に
挿着し、該ブ［１ツク（１）よりちどり状に突出するヒ
ートバイブプ（２）の放熱部（４）にヒートパイプ（２
）と直交りる多数の放熱フィン（５）を取付（）たもの
である。 本発明放熱器は以上の構成からなり、フィン部にお４Ｊ
る風の流れ方向（図に示づ矢印△プｉ ＸＩ ）にヒー
トパイプの放熱部をちどり状に配列りることにより、ブ
ロック部におりる熱抵抗をそればどｊ１！：化せず、放
熱部での風の流れに乱流を起し、強制対流放熱効果を著
しく向上し、イの結果放熱器全体の熱抵抗を小ざくし、
包絡体積当りの性能を向上せしめ得たものである。 しかして本発明放熱器の包絡体積当りの性能を史に向上
させる場合には第５図（イ）、〈口）に示りＪ、うにブ
［１ツク（１）に挿着するヒートパイプ（２）の吸熱部
（３）のパイプ径を放熱部（４）のパイプ径より大径と
するとよい。また本発明放熱器により大容偵半導体の放
熱を行なう場合には第６図（イ）、（［１）に示寸よう
に複数本のヒートパイプ（２）を並列ちどり状に多段に
配置し、イの吸熱部（３）をブロック（１）に挿着し、
該ブ１」ツク（１） Ｊ：り並列ちどり状に多段に突出
するヒートパイプ（２）の放熱部（４）に、ヒートパイ
プ（２）と直交覆る多数のフィン（５）を取付けるとよ
い。 以下本発明の効果を明らかに覆るため実施例について説
明する。 実施例（１） 直径１５．８８ｍｍ、長さ３７０ｍｍの銅−水系ヒート
パイプを５本、並列ちどり状に配置して、その吸熱７一 部を高さ １２０ｍｍ、ｔｌ＋ １３０ｍｍ、厚さ３０
ｍｒｎの２１’ ）９体肢着用アルミブロックに挿届し
、該ブロックがららどり状に突出づるヒートパイプの放
熱部に長さ１９０ｓ１巾４０ｍｍ５Ｆ’５さ０，５ｍｍ
のアルミ製放熱フィンを１１５枚、２ｒｕｔｎのピッチ
で取イ・目ノ、第４図（イ）、（ロ）に示す１段並列ち
どり状配列のに−トパイプを有する本発明放熱器を作成
した。尚ヒートパイプの配置は風の流れへ方向と直角Ｉ
Ｊ向のピッチＰ＋を８＃ｌ＃ｌ（対ヒートパイプ径比率
Ｐ＋／ｎ。 ＝０．５０） 、風の流れ方向のピッチＰ７を２５ｍｍ
（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝１．５７）と
した。 この放熱器２台を１絹として並列状に和合１！、両ブロ
ック間に出力１０００Ｗのサイリスタを挾るし、前面風
速３ｍ／Ｓｅａの条ｆ１で空気温度（１−ａ℃）、ブロ
ックのサイリスタ取付面の温度（Ｔｂ’Ｃ）、ヒートパ
イプの温度（Ｔ ｈｐ”Ｃ）を測定し、次式に基づいて
熱抵抗を算出した。これ等の結果を同一ブロック、同一
ヒートパイプを用いた同一包絡体積の第１図（イ）、（
ロ）に示す構造のｆ、Ｙ、 ′Ａ＜放熱器と比較し第１
表に示づ。 ８− ブロック部の熱抵抗 （Ｙｂ ） −（Ｔｂ −Ｔｈｐ） ／Ｑフィン部の熱
抵抗 （Ｙｆ ） ＝ （Ｔｈｐ−Ｔａ ） ／Ｑ仝熱抵抗 （Ｒ） ＝ （Ｙｂ ） −１−（Ｙｆ ）−（Ｔｂ
−Ｔａ ） ／Ｑ 但しＱはサイリスタ熱出力（Ｗ＞を示す。 第１表 第１表から明らかなように本発明放熱器ではヒートパイ
プのちどり状配列によるブロック部熱抵抗（Ｙｂ ）の
増加は微少であり、フィン部熱抵抗（Ｙｆ ）は従来放
熱器の０．０１８０℃／Ｗに対して０．０１５０℃／Ｗ
と川の流れの乱流効果が顕著に現れ、全熱抵抗（Ｒ）が
９％も改善されていることが判る。 次に風の流れ方向と直角方向のピップＰ＋ とヒートパ
イプ径ＤＯの比Ｐ＋／Ｄｏと各部熱抵抗との関連を調べ
た。その−例（風の流れ方向のピッチＰｚとヒートパイ
プ径ＤＯの比Ｐ２ ／Ｄｏ ＝１．５７の場合）を第７
図に示す。図から判るＪ、うにブロック部の熱抵抗（Ｙ
ｂ）、フィン部の熱１１（抗（Ｙｆ）、全熱抵抗（Ｒ）
とＰ＋／Ｉ）ｏの間には図に示ず様な相関性があり、全
熱抵抗（Ｒ）はＰｔ／Ｄｏが０．５〜０．７５の間で最
低となり、Ｐ１／Ｄｏが１に近づくにつれて従来放熱器
の性能に近づくことが判る。従って効率の良い全熱抵抗
を得るためにはＰ＋／Ｄｏを０．５〜０．７５とするこ
とが望ましい。またＰｚ ／Ｄｏについては特に限定す
るものではないが、１．５〜２．０とすることが望まし
い。 実施例（２） 吸熱部（ブロック挿着部）を長さ １１５１１１１１１
、直径１９．０５ ｍ、放熱部（フィン装着部）を直径
１２．７朧の２段径を有する全長３７０ｍの銅−水系ピ
ー１−バイブを５本、並列ちどり状に配置し、その吸熱
部を高さ１２０閤、ｒｌｌ １３０ｍｍ、厚さ３０ｍｒ
ｓの半導体装着用アルミブロックに挿着し、該ブロック
からちどり状に突出するヒートパイプの放熱部に長さ１
９０＃＋１Ｍ 、 １１】４０ｍｍ ｓ厚さ０．５ ｒ
ｕｍのアルミ製フィン１１５枚を２ ｍｍのビッヂで装
盾し、第５図（イ）、（ロ）に示づ１段並列ちどり状配
列の変形ヒートパイプを右Ｊる本発明放熱器を作成した
。向風の流れ方向と直角方向のピッチＰ１を８喘（対フ
ィン部ヒートパイプ径比率Ｐ＋ ／Ｄｏ ＝０．６３）
、風の流れ方向のピッチＰ２を２５Ｍ（対フィン部ヒ
ートバイブ径比率Ｐ２ ／ＤＯ＝１．９７）とした。 この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブ［］
ツク間に出力ｉｏｏｏｗのサイリスタを挟着し、ｒＩｒ
ｒ面風速３ｍ／ｓｅｃの条件で実施例（１）と同様の測
定を行なって熱抵抗を算出した。これ等の結果を直径１
５．８８ ａｍの直管状ヒートパイプと同一ブロック及
び同一フィンを用いた同一包絡体積の第１図に示す構造
の従来放熱器と比較して第２表に示す。 １１− 第２表 Ｙｂ （’Ｃ／Ｗ） Ｙｆ （’Ｃ／Ｗ） Ｒ（℃／Ｗ
）第２表から明らかなように本発明放熱器はヒートパイ
プのブロックに挿着Ｊる吸熱部の径を大ぎくすることに
より、ヒートパイプのちどり状配列によるブロック部熱
抵抗（Ｙｂ ）の悪化がなく、フィン部熱抵抗（Ｙｆ
）はヒートパイプの放熱部径を小さくすることにより有
効伝熱面積を増加ηると共に、風の流れの乱流効宋によ
り人１１１に改善され、全熱抵抗（Ｒ）は０．０２（ｉ
５℃／Ｗと１６％も改善されていることが判る。 以上実施例１．２の１段並列ちどり状配列のヒートパイ
プを有する本発明の放熱器では、特に効率のよい全熱抵
抗を得るためにはＰ＋／Ｉ）ｏを０．５〜０，７５ 、
Ｐｚ ／Ｄｏを１．５−２．０とするのが望ましい。 １２− 実施例（３） 直径１２．７ｍｍ５長さ３８０＃の銅−水系ヒートバイ
ブ８木をＮＩＣ列らどり状に２段に配置し、イの吸熱部
を高さ１２０ｍｍ、巾１２０ｍｍ、厚さ６０＃の半導体
装着用ブロックに挿着し、該ブロックから並列ちどり状
に２ ＩＱに突出りるヒートパイプの放熱部に長ざ ｌ
Ｂ ５ ＃＋ｍ、ｒｉ ７５ｍｍ ％ ／ｉノさｃｒ
、４ｍｍの銅製放熱フィンを１２０枚、１９＃のピップ
で取付け、第６図（イ）、（口〉に示す多段並列１うど
り状配列のヒートパイプを右Ｊ−る本発明放熱器を作成
した。尚ヒートパイプの配置は川の流れ方向と直角方向
のビッヂＰ１を１２．５ｍｍ （対ヒートパイプ径比率
Ｐ＋／ＤＯ＝０．９８） 、川の流れ方向のピップＰ２
を２２＋＋ｍ（対ヒートパイプ径比率Ｐｚ ／Ｄｏ ＝
１．７２）とした。 この放熱器２台を１組として並列状に組合せ、両ブロッ
ク間に出力１５００Ｗのサイリスタを挟着し、前面風速
３ｍ／ｓｅｃの条件で、実施例（１）と同様の測定を行
なって熱抵抗を算出した。その結果を同一ヒートパイプ
、同一ブロック、同一フィンを用いた同一包絡体積の第
３図（イ）、（口〉に示す従来放熱器と比較して第３表
に示寸。 第３表 第３表から明らかなように本発明放熱器ではヒートパイ
プを並列ちどり状に２段に配置したことによるブロック
部熱抵抗（Ｙｂ ）の増加は微少であり、フィン部熱抵
抗（Ｙｆ ）は大［ｔＪに改善され、その結果全熱抵抗
（Ｒ）は従来放熱器の０．０２４５℃／Ｗから０．０２
０１℃／Ｗと１８％も改善されていることが判る。又実
施例３のように並列ｌうどり状配夕１１のヒートパイプ
の段数を増加ザることにＪ、す、実施例１および２に比
しＰ＋／θ０のＹ［容Ｖ限のｊｆ９加が認められた。 尚木実施例の２段並列ちどり状配列のに−トバイブを有
する放熱器の場合には、効率の良い全熱抵抗を得るため
にはＰ＋／Ｄｏについては０．５〜・１．２５の範囲が
好ましい。 以上本発明の実施に当ってはブロックについてはサイリ
スタの発熱容量に応じて材質及び寸法を選択し、ヒート
パイプについても銅−水系に限るものではなく、種々の
材質と作動液を組合わせたものを用いてもよく、その寸
法、形状も必要に応じて任意に定めることができる。 このように本発明放熱器によればフィン部の風の流れに
乱流を発生させて、フィン部熱抵抗を低下させ、全熱抵
抗を大ｌ］に改善したもので、放熱特性を一段と向上し
得る顕茗な効果を奏するものである。 ４、図面の簡単な説明 第１図（イ）、（ロ）は従来放熱器の一例を示すもので
、（イ）は正面図、（ロ）は側面図、第２図は第１図に
示で放熱器の使用状態を示す側面図、第３図（イ）、（
ロ）は従来放熱器の他の一例を示すもので、（イ）は平
面図、（ロ）は正面図、第４図（イ）、（ロ）は本発明
放熱器の実施例１を示すもので、（イ）は平面図、（ロ
）正面図、第５図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の実施
１５− 例２を示すもので、（イ）は平面図、（［１）は正面図
、第６図（イ）、（ロ）は本発明放熱器の実施例３を示
すもので、（イ）は平面図、（［１）は正面図、第７図
は本発明放熱器の実Ｍξ例１の場合の各部熱抵抗に及ば
づヒートパイプの川の流れｊｊ向と直角ＩＪ向のピップ
Ｐ１とヒートパイ／径ＤＯの比率Ｐ＋ ／ｌ）ｏの影響
を承り説明図である。 ａ、半導体 １、半導体装着用ブロック ２、ヒートパイプ ３、ヒートパイプの吸熱部 ４、ヒー（・パイプの放熱部 ５、放熱フィン １６−
Claims (2)
- （１）並列状に記聞した複数本のヒートバイブの吸熱部
に半導体装着用ブ【コックを挿着し、該ブロックから突
出するヒートバイブの放熱部に、ヒートバイブと交差す
る多数の放熱フィンを取付けた放熱器において、フィン
部の風の流れ方向にヒートバイブプをらどり状に配列し
たことを特徴とする半導体用ヒートパイプ放熱器。 - （２）ヒートバイブの吸熱部パイプ径を放熱部、パイプ
径より大径とする特許請求の範囲第１項記載の半導体用
ヒートパイプ放熱器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166253A JPS6057956A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体用ヒ−トパイプ放熱器 |
| US06/646,074 US4675783A (en) | 1983-09-09 | 1984-08-31 | Heat pipe heat sink for semiconductor devices |
| GB08422702A GB2148594B (en) | 1983-09-09 | 1984-09-07 | Heat pipe heat sink for semiconductor devices |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166253A JPS6057956A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体用ヒ−トパイプ放熱器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6057956A true JPS6057956A (ja) | 1985-04-03 |
| JPS6361780B2 JPS6361780B2 (ja) | 1988-11-30 |
Family
ID=15827951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58166253A Granted JPS6057956A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 半導体用ヒ−トパイプ放熱器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4675783A (ja) |
| JP (1) | JPS6057956A (ja) |
| DE (1) | DE3433213A1 (ja) |
| GB (1) | GB2148594B (ja) |
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